小鼠大腦中有個 控制“冬眠”的“開關”

科幻小説中常有一個經典的情景，即外太空旅行者在進行遙遠的太空旅行時需要進入休眠狀態。而接近現實的做法是，使用冰冷的生理鹽水置換血液，以降低大部分正常的生命活動，同時保護細胞免受嚴重創傷。但使用生理鹽水置換血液或者用其他外部措施來降低人體新陳代謝，都並非最佳選擇，因為它們都有損害組織的風險。

誘導身體進入低耗能狀態，才是更好的解決方案。對於一些動物來説，降低新陳代謝是一種常見的自然狀態，例如熊、蝙蝠等動物冬眠時會多次經歷長達幾天的低代謝狀態——蟄眠；小鼠在食物短缺時會進入日常蟄眠，每次維持數小時左右以減小自身能量消耗。目前，科學家還不瞭解小鼠的體温在蟄眠或其他低温情況下，是如何降到37攝氏度以下的。

近期，兩項發表於《自然》雜誌的獨立研究均表明，當小鼠受到刺激時，其大腦中的一種特定神經元能誘導它們進入低體温狀態。這些工作或可以幫助我們找到在人體中誘導這種低温狀態的方法，並有效應用於醫療領域。更近一步，未來這些方法或能重現電影中生命暫停的場景。

其中一項研究是由日本筑波大學的神經科學家Takeshi Sakurai和同事主持的。這項研究要從一種多肽QRFP的反常表現説起。

研究團隊發現，將一種多肽QRFP注射到動物體內時，能增加它們的活力，但是當研究人員激活小鼠腦中分泌這種肽的神經元時，卻得到了一個驚人的結果。日本RIKEN生物系統動力學研究中心的研究員Genshiro Sunagawa説，小鼠會保持靜止不動，體温變得非常低，它們的新陳代謝率（通過耗氧量衡量）、心率和呼吸均出現下降。

人體中的許多部位都能表達QRFP肽，其中下丘腦尤為普遍，而它正是大腦中負責調節體温的重要腦區。在此基礎上，研究人員使用化學遺傳學技術對這一腦區的神經元進行基因修飾，以便使用藥物針對性地激活這些基因，並找到在下丘腦中引起這種作用的神經元。他們發現，激活表達QRFP多肽的神經元會使小鼠在數小時內，持續保持低温狀態。此外，選擇性激活下丘腦特定部位的神經元，還可以使動物進入兩天以上的冬眠狀態。

在此期間，小鼠的新陳代謝會保持在一個適當水平。在這段時間結束後，小鼠又能自然恢復到正常狀態，並沒受到任何傷害，就像冬眠後醒來一樣。研究小組將這種特殊的神經元細胞稱為“Q神經元”，並將這種由Q神經元誘導的低温低代謝狀態稱為“QIH狀態”。

隨後，研究人員利用通常不會蟄眠的大鼠進行實驗，也觀察到了相似的效果。儘管小鼠在自然狀態下，並不會像在實驗中這樣一次冬眠幾天。這很有可能是動物的新陳代謝降低延長了藥物的藥效（一般情況下，藥效通常在4個小時左右消失）。但是，Sunagawa更認同另一種解釋：“這或許就像按下了一個開關，隨後一些系統就會維持這種狀態一段時間。我們相信這種系統很可能也存在於其它哺乳動物中。”

第二項研究由哈佛醫學院的神經生物學家Sinisa Hrvatin領導。研究人員通過剝奪老鼠的食物，誘導小鼠進入蟄眠狀態。該研究團隊使用化學遺傳學工具修飾了動物進入蟄眠後被激活的神經元，為其加上了一個可以被藥物激活的受體。隨後，他們向小鼠注射藥物重新激活了這些神經元。他們發現，即使在食物充足的情況下，激活神經元也會誘導小鼠進入代謝降低的蟄眠狀態。

研究人員表示，被激活的神經元位於下丘腦的一個區域，而這也正是Sakurai等人發現的可以引發蟄眠的Q神經元所在的區域。當他們抑制了這些神經元的活性時，小鼠進入蟄眠的能力就會被破壞。

這項工作為了解大腦中控制身體基本狀態的區域，提供了新的視角。德國馬爾堡菲利普大學的生理學家Gerhard Heldmaier説：“我們知道下丘腦參與協調機體中的大多數自主過程，例如温度調節、循環、體重和能量平衡等。”他還表示：“從這些研究中，我們瞭解到下丘腦神經元不僅可以確保機體的穩定性，還可以改變生命進程的控制，使生命活動從‘快車道’進入‘慢車道’。”

下一步研究的關鍵是將研究擴大到更多的物種。在人類中是否可以成功誘發這些狀態，還有待進一步檢測，畢竟小型哺乳動物和大型哺乳動物的温度調節系統存在極大差異，因此尚不清楚相同區域的這些神經元是否會產生相同的作用。